QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AMONIAC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA HÓA HỌC Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Võ Văn Hưng Nguyễn Minh Quân Nguyễn Ngọc Tích Lê Phúc Võ Quang Anh Đề Tài QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AMONIAC Giảng Viên Hướng Dẫn:Ths Mai Xuân Tịnh Bộ Môn: Hóa Kỹ Thuật Huế, tháng 4/2015 4/4/17 Nội Dung Chính I MỞ ĐẦU Ứngsố dụng Mốt côngcủa Tínhnghệ chất cháy amoniac II GIỚI THIỆU VỀ TÀI LiỆU THAM KHẢO chất hóa CácTính bước Tính chất vật lý họcquy AMONIAC nổ NH3 Tính chất độc trình Quy trình tổng hợp IV CÁC VẤN ĐỀ LIÊN V.TÀII LiỆU THAM MỞ ĐẦUKHẢO QUAN TÀI LiỆU THAM II THIỆU VỀ III IV.GIỚI CÁC CÔNG VẤN NGHỆ ĐỀ LIÊN SẢN KHẢO XUẤT QUAN AMONIAC AMONIAC V.TÀI LiỆU I MỞ THAM ĐẦU KHẢO 4/4/17 IV CÁC VẤN ĐỀ LIÊN III CÔNG NGHỆ SẢN QUAN XUẤT AMONIAC III CÔNG NGHỆ IV.CÁC VẤN ĐỀ II GIỚI THIỆU VỀ III II.CÔNG GIỚI THIỆU NGHỆ SẢN VỀ AMONIAC LIÊN QUAN XUẤT AMONIAC AMONIAC I MỞ ĐẦU hại NH3 SẢN XUẤT AMONIAC Điều c hế Am o niac I.Mở Đầu  4/4/17 Amoniac hợp chất hóa học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ngành công nghiệp hóa học có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế :   Trong ngành công nghiệp sản xuất phân bón   Trong ngành dệt, sử dụng NH3 để sản xuất loại sợi tổng hợp cuprammonium rayon nilon Trong công nghiệp thuốc nổ từ NH3 sản hợp chất : di,tri, nitro toluen, nitroglyxerin, pentaerytol tetryl, amoni nitrat dùng để chế tạo thuốc nổ Trong công nghiệp sản xuất nhựa tổng hợp , NH dùng làm chất xúc tác chất điều chình pH trình polyme hóa Điều c h ế Amo niac I.Mở Đầu 4/4/17   Trong công nghiệp dầu mỏ, NH3 sử dụng làm chất trung hòa thiết bị ngưng tụ axit thiết bị trao đổi    NH3 dùng để điều chế aluminu silicat tổng hợp làm xúc tác lớp cố Trong trình cracking xúc tác lớp sôi,NH thêm vào dòng khí trước đưa vào thiết bị kết tủa cottrell để thu hồi xúc tác sử dụng Trong công nghiệp sản xuất thuốc trị bệnh,NH chất độn quan trọng để sản xuất dạng Ngoài NH3 sử dụng lĩnh vực bảo vệ môi trường để chuyển hóa NO x Điều c h ế Amo niac II.Giới Thiệu Về Amoniac  Tính chất vật lý: -Amoniac có công thức phân tử NH3 Phân tử lượng NH3 17,0306g/mol -Ở điều kiện thường, NH3 khan chất khí không màu, nhẹ nửa không khí (tỷ trọng so với không khí 0,596 o O C), có mùi sốc đặc trưng -Amoniac khan tạo “khói” không khí ẩm Amoniac hòa tan mạnh nước tạo thành dung dịch nước NH o o o o -Ở áp suất khí quyển, NH3 hóa lỏng -33,34 C (239,81 K), có trọng lượng riêng 682 g/lit C, hóa rắn -77,73 C o o (195,92 K), nhiệt độ thường người ta phải lưu trữ NH3 lỏng áp suất cao (khoảng 10 atm 25,7 C) 4/4/17 Điều c h ế Amo niac II.Giới Thiệu Về Amoniac  Tính Chất Hóa Học - Phản ứng tạo khói trắng đặc trưng cho NH3 tiếp xúc với dung dịch HCl đậm đặc -NH3 cháy oxy cho lửa màu vàng o -Trong không khí, NH3 chất bền, không tự bốc cháy không trì cháy Ở nhiệt độ cao (1200 C) có mặt chất xúc tác thích hợp, amoniac bị phân hủy thành nitơ hyđro 2NH3 = N2 + 3H2 t°= 1200°C (1) -NH3 phản ứng với chất oxy hóa: -Nó cháy oxy với lửa màu lục vàng yếu cho sản phẩm nitơ nước; cháy khí clo, nitơ bị đẩy tạo HCl, trường hợp dư NH3 xảy nổ mạnh đồng thời tạo thành nitơ triclorua NCl Khi nitơ phân tử NH3 chuyển hóa trị từ - lên +3 -NH3 khan (độ ẩm 0,2%) không phản ứng với HCl khan, nhiên có mặt nước (độ ẩm) xảy phản ứng mạnh Trong trường hợp này, NH3 thể tính bazơ điển hình 4/4/17 Điều c h ế Amo niac II.Giới Thiệu Về Amoniac  Tính Chất Hóa Học + -Trong thân NH3 khan lại axit yếu, proton H tạo thành anion amid NH2 * Ví dụ cho liti nitrua vào NH3 lỏng người ta nhận anion amid (NH2 ) + − Li3N(s)+ NH3 (l) → Li (am) + NH2 (am) o -NH3 bị oxy hóa thành axit nitric HNO3 với có mặt xúc tác platin nhiệt độ 750-800 C, áp suất oxy atm Quá trình gọi trình Oswald NH3 + O2 → HNO3 + H2O -NH3 có tính ăn mòn kim loại hợp kim chứa đồng (Cu), kẽm (Zn), nhôm (Al), vàng (Au), bạc (Ag), thủy ngân (Hg), v.v 4/4/17 Điều c h ế Amo niac II.Giới Thiệu Về Amoniac  Ứng Dụng Amoniac Một số ứng dụng NH3 *Amoniac sử dụng công nghiệp đời sống hàng ngày: - Dung dịch nước NH3 có nồng độ 25% thấp thường dùng phòng thí nghiệm đời sống - Dung dịch NH3 sử dụng nông nghiệp như: tạo môi trường chống đông sử dụng trực tiếp làm phân bón - Dung dịch amoniac amoniac lỏng sử dụng xử lý môi trường nhằm loại NOx SOx các khí thải đốt nguyên liệu hóa - Dung dịch amoniac amoniac lỏng sử dụng công nghiệp sản xuất phân bón, hóa chất hóa dược 4/4/17 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Giới Thiệu Chung -Trước Đại chiến Thế giới lần I, NH3 điều chế quy mô nhỏ cách chưng cất chất thải động thực vật, than đá, cho muối amoni, amoni clorua (sal ammoniac), tác dụng với kiềm (vôi) Phản ứng xảy sau: NH4Cl + CaO → CaCl2 + Ca(OH)2 + NH3 -Mặc dù không khí sẵn nitơ, nhờ phản ứng cố định nitơ người sản xuất NH hợp chất chứa đạm khác quy mô công nghiệp -Hai nhà hóa học người Đức (Fritz Haber Carl Bosch) người phát quy trình sản xuất amoniac vào năm 1909 công trình đăng ký phát minh vào năm 1910 4/4/17 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Giới Thiệu Chung -Các công nghệ sản xuất NH3 mang tên khác đăng ký phát minh sau chủ yếu dựa nguyên tắc cố định nitơ hyđro Haber-Bosch sở thay đổi nguyên liệu đầu, chất xúc tác điều kiện phản ứng (áp suất, nhiệt độ, v.v…) -Hiện giới có số công nghệ sản xuất amoniac áp dụng thương mại, có công nghệ thương mại hóa nhiều là: 1/ Công nghệ Haldor Topsoe ; 2/ Công nghệ M.W Kellogg; 3/ Công nghệ Krupp Uhde; 4/ Công nghệ ICI; 5/ Công nghệ Brown & Root; 4/4/17 10 III.Công Nghệ Sản Xuất  4/4/17 Các bước quy trình tổng hợp amoniac 11 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Các bước quy trình tổng hợp amoniac Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro Trong trường hợp nguyên liệu than đá Nếu coi than chủ yếu chứa cacbon không tính đến thành phần tạp chất khác trình khí hóa coi gồm phản ứng sau: C + CO2 = 2CO Kết hóa, người ta thu hỗn hợp khí N2 + H2 có lẫn khí CO2 CO, CH4 Các thúc phảnquá ứngtrình dị thểchuyển đồng thể: CO C ++O3H2 = ® CO CH4 + H2O CO CO2+ +HH2 C ++HH22OO ® = CO C + 2H2 4/4/17 = (14) (15) CH4 12 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Các bước quy trình tổng hợp amoniac Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro -Trong -Khí tổng trường hợphợp (syngas) nguyên thường liệu khí thiên điều nhiên: chế Khí thiên phương nhiên (chủ chuyển yếu chứa hóa khí metan thiên CH4nhiên, ) đượckhí chuyển hóa than, hóa phân hơilynước khí cốc oxi theo phản ứng: CH4 + H2O = CO + 3H2 CH4 + 1/2 O2 = CO + 2H2 -Khí CO tạo thành chuyển hóa tiếp thành hydro CO2: CO + H2O = CO2 + H2 (9) *Tùy theo chất oxi hóa sử dụng mà công nghiệp có loại công nghệ chuyển hóa: - Chuyển hóa nước có xúc tác - Chuyển hóa nước oxi có xúc tác - Chuyển hóa xúc tác oxi hay không khí giàu oxi 4/4/17 13 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Các bước quy trình tổng hợp amoniac Làm khí Trước tổng hợp NH3, hỗn hợp khí N2 + H2 điều chế phải cho qua hệ thống làm khí để loại tạp chất (H 2S, CO2, CO ) có hại đến hệ xúc tác Người ta tách khí CO2 H2S cách rửa nước áp suất cao Ngày nay, người ta sử dụng rộng rãi dung dịch etanolamin nước, chủ yếu mono etanolamin CH2-CH(OH)NH2 để tách loại khí 3.Nén khí Dùng máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất cần thiết cho hỗn hợp khí hệ thống tổng hợp amoniac 4/4/17 14 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Các bước quy trình tổng hợp amoniac 4.Tổng hợp amoniac Dựa vào áp suất sử dụng, người ta chia làm loại hệ thống tổng hợp amoniac: - Hệ thống làm việc áp suất thấp 100 - 160 atm - Hệ thống làm việc áp suất trung bình 250 - 360 atm - Hệ thống làm việc áp suất cao 450 - 1000 atm Tháp tổng hợp amoniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình thông dụng Dưới trình bày sơ lược công nghệ sản xuất amoniac điển hình nhất: 4/4/17 15 Điều c h ế Amo niac Cấu tạo tháp tổng hợp NH3    Tháp tổng hợp tháp hình trụ, thép ,cao từ 18-30m, đường kính 1-1,4m Tháp đặt thẳng đứng, phần tháp nối với ghi thép mặt bích Chú thích: a.Khí vào b.Trao đổi nhiệt lớp xúc tác thứ c.Cửa điều chỉnh nhiệt độ d.Lớp xúc tác thứ e.Không gian bên vòng xúc tác f.Lớp xúc tác thứ hai g.Khí 4/4/17 16 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất Công nghệ Haldor Topsoe A/S    4/4/17 Là công nghệ sản xuất amoniac có mức tiêu hao lượng thấp Đi từ loại nguyên liệu hyđrocacbon khác nhau, từ khí thiên nhiên đến naphta nặng than đá Từ năm 1988, có 52% sản lượng amoniac nhà máy amoniac xây dựng giới sản xuất theo công nghệ Haldor Topsoe A/S 17 Sơ đồ quy trình công nghệ 4/4/17 18 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất Công nghệ Linde: 4/4/17 19 Điều c h ế Amo niac V.Các vấn đề lưu ý  Tính chất độc hại NH3 -Độc tính -Thông thường, NHngười ta vào đặt nồng vấn độ đề củavềchất “độnày độc” amoniac động vật người thể người động vật có tùy thuộc tồn chế, nhờ ngăn cản tượng tích tụ NH3 máu -NH3 hòa tan nước nồng độ cao gây độc cho sinh vật thủy sinh -Dung dịch amoniac loãng nước có khả bốc làm kích thích niêm mạc -Cá loài lưỡng cư chế thải NH3 dư thừa cách tiết trực tiếp Khi có mặt sản phẩm chứa clo (thuốc tẩy), amoniac có khả tạo cloramin độc hại có khả gây ung thư -NH3 khan xếp vào loại hóa chất “độc”, chưa kể tới nguy hiểm cố áp suất cao gây ra, đồng thời chất chất có khả gây ô nhiễm mạnh môi trường 4/4/17 20 Điều c h ế Amo niac V.Các vấn đề lưu ý  Tính chất cháy nổ NH3 o o -Bản thân amoniac chất dễ bắt lửa không trì cháy Nhiệt độ bốc cháy NH3 cao: 651 C (1204 F) có mặt xúc tác sắt, 850 o o C (1562 F) chất xúc tác Hơi Dung amoniac dịch amoniac -Hơi amoniac -Dùng dung códịch thể tạo NHhốn hợpnước nổ với ankhông toàn khí dùng nồng amoniac độ amoniac lỏng dotrong không hỗn cháy, hợpkhông 16-28% gây nổ Việc lưu trữ, chuyên chở Khi cho amoniac tiếpđơn xúcgiản với thủy ngân, bạc oxit, hypoclorit thể tạophải hợp chất nổ.định hóa chất bay dung dịch so với NH3halogen, lỏng Tuy nhiên chuyên có chở tuân theo quy ăn mòn Khi lưu trữ chuyên chở dung dịch amoniac nạp tối đa đến 95% dung tích bình chứa 4/4/17 21 Tài liệu tham khảo  PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền- giáo trình chế biến khí tự nhiên khí đồng hành  Lê Thị Tuyết- Công nghệ sản xuất hợp chất Nito  Cơ sở lí thuyết tổng hợp NH3  Ngô Bình-hướng dẫn thiết kế đồ án tốt nghiệp phần xây dựng  Ngô Bình-cơ sở xây dựng nhà công nghiệp  Ullmann’s Encyclopedia or industrialchemistry  Hand book of petrochamicals and processes  Applies catalysis A: general 201p71-80  Hydrocacbon processing,2003  Encyclopedia of chemical technology.VOL A1  http://vi.scribd.com/doc/105597484/Quy-trinh-S%E1%BA%A3n-xu%E1%BA%A5t-NH3  http://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/supham/congnghe_hoahoc/ch3.htm  http://luanvan.co/luan-van/thiet-ke-phan-xuong-san-xuat-nh3-tu-khi-tu-nhien-51589/ 4/4/17 22 4/4/17 23 ... công trình đăng ký phát minh vào năm 1910 4/4/17 Điều c h ế Amo niac III.Công Nghệ Sản Xuất  Giới Thiệu Chung -Các công nghệ sản xuất NH3 mang tên khác đăng ký phát minh sau chủ yếu dựa nguyên... bị oxy hóa thành axit nitric HNO3 với có mặt xúc tác platin nhiệt độ 750-800 C, áp suất oxy atm Quá trình gọi trình Oswald NH3 + O2 → HNO3 + H2O -NH3 có tính ăn mòn kim loại hợp kim chứa đồng... sau: C + CO2 = 2CO Kết hóa, người ta thu hỗn hợp khí N2 + H2 có lẫn khí CO2 CO, CH4 Các thúc phảnquá ứngtrình dị thểchuyển đồng thể: CO C ++O3H2 = ® CO CH4 + H2O CO CO2+ +HH2 C ++HH22OO ® = CO